新疆农业科学 ›› 2025, Vol. 62 ›› Issue (4): 975-981.DOI: 10.6048/j.issn.1001-4330.2025.04.022

• 植物保护·草业 • 上一篇    下一篇

基于介电特性的生鲜牛奶含水率检测方法

王欢1(), 张轶腾1, 王斌1, 周童1, 梁清2, 张宏2()   

  1. 1.阿拉尔新农乳业有限责任公司,新疆阿拉尔 843300
    2.塔里木大学机械电气化工程学院,新疆阿拉尔 843300
  • 收稿日期:2024-09-15 出版日期:2025-04-20 发布日期:2025-06-20
  • 通信作者: 张宏(1975-),男,内蒙古武川人,教授,硕士,研究方向为特色农产品无损检测,(E-mail)zhghog@163.com
  • 作者简介:王欢(1989-),女,重庆潼南人,硕士研究生,副高级工程师;研究方向为乳制品,(E-mail)3115261705@qq.com
  • 基金资助:
    新疆生产建设兵团财政科技计划项目(2022BB001)

Study on the moisture content detection method of fresh milk based on dielectric property

WANG Huan1(), ZHANG Yiteng1, WANG Bin1, ZHOU Tong1, LIANG Qing2, ZHANG Hong2()   

  1. 1. Aral New Agricultural Dairy Co., Ltd, Aral Xinjiang 843300,China
    2. College of Mechanical Electrification Engineering, Tarim University, Aral Xinjiang 843300,China
  • Received:2024-09-15 Published:2025-04-20 Online:2025-06-20
  • Supported by:
    Xinjiang Production and Construction Corps Financial Science and Technology Plan Project(2022BB001)

摘要:

【目的】探索牛奶介电特性和含水率之间的关系,为有效预测生鲜牛奶含水率、实现含水率快速检测提供参考。【方法】采用矢量网络分析仪和同轴探头测量2~20 GHz频率范围内牛奶样品的介电常数(ε')和介质损耗因数(ε″)。采用偏最小二乘回归(PLSR)、支持向量回归(SVR)和基于粒子群优化的最小二乘支持向量回归(PSO-LSSVR)3种建模方法,依次以ε'和ε″为变量建立6种数学模型对牛奶含水率进行预测并选优,精准预测牛奶含水率。【结果】随着频率的增加,ε'呈逐渐减小的趋势,ε″呈逐渐增大的趋势。6种模型中基于PSO-LSSVR方法下以ε″为变量建立的模型具有最好的含水率预测性能,其R2RMSE分别为0.996 3和0.001 3。【结论】在2~20 GHz,随着频率的增加,ε'呈逐渐减小的趋势,而ε″则逐渐增加,介电特性可有效地预测牛奶的含水率。

关键词: 牛奶; 含水率; 介电特性; 粒子群算法; 支持向量回归; 偏最小二乘回归

Abstract:

【Objective】 Explore the relationship between milk dielectric characteristics and moisture content,In order to scientifically and effectively predict the moisture content of raw milk, realize rapid detection of moisture content. 【Methods】 The dielectric constant (ε') and dielectric loss factor (ε″) of milk samples between 2 and 20 GHz were measured using vector network analyzer and coaxial probe. PLSR, SVR and PSO-LSVR were used to use ε'or ε″ as variables to predict the milk from 86.9% to 92.9% and select the best, so as to achieve the accurate prediction of milk moisture content. 【Results】 The results showed that as the frequency increased, ε' gradually decreased, while ε'' gradually increased. Among the six models, ε″ based on the PSO-LSSVR method had the best water content prediction performance, with R2 and RMSE of 0.996,3 and 0.001,3, respectively. 【Conclusion】 The results can provide methodological guidance for predicting other nutritional indicators of milk and a reference for studying the quality of other natural emulsions.

Key words: milk; moisture content; dielectric property; particle swarm algorithm; support vector regression; partial least squares regression

中图分类号: 


ISSN 1001-4330 CN 65-1097/S
邮发代号:58-18
国外代号:BM3342
主管:新疆农业科学院
主办:新疆农业科学院 新疆农业大学 新疆农学会

出版单位:《新疆农业科学》编辑部
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